Lubricantes y Combustibles

LUBRICANTES

Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.
TIPOS
Existen tres tipos de aceites para maquinas: los monogrado, los multigrados y los sintéticos. En la actualidad, los aceites monogrados, un SAE grado 40 por ejemplo, son cada vez menos comunes y han sido desplazados por los multigrados en todo el mundo. Los aceites monogrados se utilizan aún en aplicaciones como motores de competencia, equipo industrial que opera en aplicaciones de alta temperatura y condiciones especiales de diseño de ciertos motores que no permiten el uso de un multigrado.
Un aceite multigrado es un lubricante diseñado originalmente para trabajar en aplicaciones donde los cambios de temperatura son considerables. Para el caso de un aceite 15W 40, mucha gente asume que el 15W es el grado del aceite para bajas temperaturas y el 40 el grado para altas temperaturas. El número 15W realmente se refiere a la facilidad con la que el aceite puede ser “bombeado” en bajas temperaturas, mientras más bajo sea el número “W”, mejores serán sus propiedades de baja viscosidad y el motor podrá ser arrancado a muy bajas temperaturas. La “W” significa “Winter”
Los aceites sintéticos y semi sintéticos para motor rinden más porque sus componentes se pueden controlar y predecir con más precisión. Por su menor viscosidad, los aceites sintéticos y semi sintéticos para motor son más resbaladizos que los aceites minerales tradicionales. Esto significa que siempre serán más económicos, tienen la capacidad mejorada de proteger a su motor, y proporcionan mayor ahorro de combustible.

Ensayo de Viscosidad
Consta de un cilindro de vidrio transparente lleno de vaselina medicinal líquida iluminado desde el fondo por una luz, en el cual se colocan 2 pipetas. El objetivo del baño de vaselina es alcanzar la temperatura de ensayo (40ºC y 100ºC) y homogeneizar esta en toda la superficie del tubo que contiene el aceite. Esto se consigue mediante una resistencia eléctrica, un agitador, y un sistema electrónico de termostato que mide y regula la temperatura.
Todo el dispositivo se encuentra encerrado en una caja transparente para evitar el intercambio de calor entre el cilindro y el medio. Este es un sistema de medición indirecto de la viscosidad.
Para realizar el ensayo se procede como sigue:
1. Mediante una propipeta o pera se bombea aire desde el extremo 1 del tubo para que el aceite llegue a llenar el bulbo de la pipeta hasta la marca a de la parte calibrada del tubo.
2. Se quita la presión del aire y se toma el tiempo que el aceite tarda en vaciar el bulbo de la marca a hasta la b pasando por un tubo calibrado.
3. Con el tiempo registrado se ingresa a una tabla de equivalencias, a la cual se afecta también con la constante del tubo, obteniendo así el valor de la viscosidad a la temperatura de ensayo.
Esta imagen no coincide con el ensayo pero es una demostración de la viscosidad de los diferentes tipos de aceites

Ensayo De Cuatro Bolas
La máquina para realizar este ensayo consta de 3 bolillas calibradas de acero que sirven de asiento para la cuarta bolilla. Estas 4 bolillas están en contacto entre sí sumergidas en un baño del aceite a ensayar y las tres inferiores están conectadas a un torquímetro de zafe censado por un sistema electrónico.
La bola superior, que gira con una velocidad normalizada, es cargada normalmente de modo que ejerza presión sobre las 3 bolillas fijas. Esta presión se incrementa gradualmente hasta que se empiezan a producir pequeñas soldaduras entre las bolillas debido a la ruptura de la capa lubricante que las protege, quedando en contacto directo unas con otras.
Estas soldaduras ocasionan una transferencia de torque desde la bolilla superior a las 3 inferiores, transferencia de movimiento que antes no existía por la presencia de una capa del lubricante. Esta transferencia es detectada por el torquímetro y mediante un sistema informático se elabora un gráfico del ensayo.
El ensayo se repite varias veces para corroborar los resultados.
Cabe aclarar que las bolillas se inutilizan luego de cada ensayo.
El resultado de este ensayo nos indica a que presión se rompe la capa efectiva de protección del lubricante.
Como resultado más importante de este ensayo, podemos destacar que nos indica hasta qué presión puede trabajar el lubricante sin perder sus propiedades características. Además, este ensayo es aplicable también para las grasas.

COMBUSTIBLES

Los combustibles líquidos, desde el punto de vista industrial, son aquellos productos que provienen del petróleo bruto. Se clasifican según su viscosidad y su fluidez.
A partir del crudo de petróleo podemos obtener un gran número de combustibles líquidos. El petróleo resulta ser la mejor fuente de obtención para combustibles líquidos. Los principales combustibles líquidos son:
• Gasolinas
• Kerosenos
• Turborreactores
• Gasóleos
• Fuel-oíl
Las principales características que caracterizan a un combustible líquido son: poder calorífico, densidad específica, viscosidad, volatilidad, punto de inflamación, punto de enturbiamiento y congelación, contenido de azufre, entre otras.
1) Poder Calorífico: Es el calor de combustión: energía liberada cuando se somete el combustible a un proceso de oxidación rápido, de manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial.
2) Viscosidad: Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas.
3) Punto de Inflamación: Se define como la mínima temperatura a la cual los vapores originados en el calentamiento a una cierta velocidad de una muestra de combustible se inflaman cuando se ponen en contacto con una llama piloto de una forma determinada.
4) Punto de enturbiamiento y congelación: El punto de enturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos, y es la temperatura mínima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina. (Parafina es el nombre común de un grupo de hidrocarburos alcanos de fórmula general [CnH2n+2] donde n es el número de átomos de carbono).
5) Octanaje: Es la medida de la tendencia de la gasolina a la detonación. Nos sirve el octanaje para clasificar las gasolinas.


DETERMINACION DEL PODER CALORIFICO

Existen dos metodos para poder determinarlo:

1. Modo Analítico-

El modo analítico consiste en aplicar el principio de conservacion de energia, el cual es: "El poder calorifico de un cuerpo compuesto es igual a la suma de los poderes caloríficos de los elementos simples que lo forman, multiplicados por la cantidad centesimal en que intervienen, descontando que la cantidad de hidrogeno total del combustible la que se encuentra ya combinada con el oxigeno del mismo".
Por lo tanto para la aplicacion del presente procedimiento es necesario efectuar previamente un analisis elemental del combustible cuyo poder calorifico deseamos determinar. Por ej:

~~~~~~C % - H % - 0,2 % - S % - Humedad %~~~~~~

2. Modo Práctico-

El metodo práctico consiste en la aplicacion de "calorimetros" mediante los cuales se puede determinar en forma directa el poder calorífico de los combustibles. Se denomina estos como metodos calorimetricos y consisten en quemar una cierta cantidad de combustible y medir la cantidad de calor producida a traves de la energia termica ganada por un liquido conocido, agua por ejemplo,y dependiendo del metodo utilizado puede permanecer contenida en un recipiente o permanecer en continua circulacion durante el procedimiento.
En un proceso ideal se cumplira que:

CALOR LIBERADO POR EL COMBUSTIBLE (QComb)= CALOR GANADO POR EL AGUA (QAgua)
QComb = QAgua
QComb = Ma . Cpa . (Tf-Ti)

Fatiga

La fatiga necesariamente se produce en el tiempo y se lleva a cabo por la aplicación de tensiones reiteradas tensiones que pueden actuar singularmente o en grupo.
Los ensayos de fatiga se pueden clasificar de 2 maneras:

ENSAYOS DE FATIGA DE AMPLITUD CONSTANTE.
Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación.
Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de vida a la fatiga por el numero de ciclos hasta la rotura y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un numero de ciclos de rotura predeterminado.
ENSAYO DE FATIGA DE AMPLITUD VARIABLE.
En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo.
Son ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones de servicio.
Hasta el momento no se ha encontrado una respuesta total al fenómeno de rotura por fatiga, que podríamos llamar “prematura”, cuando se somete a un metal tensiones cíclicas o vibratorias se puede aceptar que la fractura por fatiga se debe a deformaciones plásticas de la estructura.
El inicio de la rotura por fatiga puede producirse, además que por los hechos explicados, por deficiencias en el material debidas a defectos estructurales por discontinuidades de las superficies que provocan el efecto de forma y por el tratamiento o estado de las superficies.
Probetas de ensayo de fatiga:

Dureza

Este ensayo es estático y de penetración la cual se realiza (en el caso de dureza Brinell) con una esfera de acero de diversos tamaños en su mayoría pequeños ( de 15; 5; 2,5; 2; 1). Es un ensayo que me determina las propiedades de resistencia de un material a ser rayado o penetrado por un objeto, el mismo (el ensayo) es uno de los más usados en el ámbito industrial debido a que no es destructivo dejando solo marcas en la superficie del material ensayado.
El ensayo se realiza mediante la aplicación de una carga por medio de un penetrador en el material a ensayar el cual debe estar normalizado y con sus caras perfectamente paralelas. Este tipo de ensayos no requiere muchos conocimientos especiales.
El aparato de medición utilizado para obtener un valor de dureza se llama durómetro:

Esta es la imagen de una maquina de ensayo de dureza (durómetro). No logre encontrar la fecha en la cual se invento esta maquina.
El durómetro es un aparato que mide la dureza, para la obtener la misma existen diversos métodos: Dureza Brinell, Knoop, Rockwell, Rockwell superficial, Vickers, entre otras; pero las más utilizadas en la actualidad son la Dureza Rockwell, la Brinell, la Vickers y la microvickers. En estos métodos de ensayo existen diferentes aplicaciones de cargas y diferentes penetradores, los cuales son los que llevan a cabo el ensayo.
Esta característica que diferencia a los materiales (la dureza) fue descubierta por el geólogo Friedrich Mohs, él realizó un ensayo comprobando diferentes tipos de materiales desde talco hasta Diamante incluyendo materiales que están tabulados en lo que se denomina tabla de Mohs. En la tabla de Mohs se puede apreciar explicado de una forma muy sencilla, con palabras; las propiedades, de los diferentes materiales que ensayo Mohs, de los materiales a ser rayados.
Mohs.

La única condición obligatoria para las probetas de este ensayo es que las caras de la probeta sean perfectamente, o lo más cerca posible, paralelas.
Más adelante en la historia surgirán personajes que contradecirán no la teoría de Mohs si no su método de ensayar los materiales debido a que la forma en la que fueron ensayados los mismos no es la correcta ya que dependía de la persona que realizaba el ensayo, es decir: si lo hacía rápido, lento, con más o menos fuerza.
Entre estos personajes están los que tienen más presencia a mi parecer los cuales son Brinell, Rockwell y Vickers.

Torsion

Este ensayo da información directamente del comportamiento a cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente. El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material.
Los efectos de la aplicación de una carga de torsión a una barra son:
1) Producir un desplazamiento angular de la sección de un extremo respecto al otro.
2) Originar tensiones cortantes en cualquier sección de la barra perpendicular a su eje.
Las fuerzas aplicadas a la probeta están representadas en la siguiente imagen.

En este ensayo se toma en cuenta un nuevo concepto denominado momento torsor, el cual se define para cada sección de la barra, como la suma algebraica de los momentos de los pares aplicados, situados a un lado de la sección considerada.
Las probetas están normalizadas y son de sección circular.

Es un ensayo estático a mí parecer por que carga se aplica sobre la probeta de una manera lenta y progresiva hasta su rotura.
En el grafico se muestra la deformación obtenida de acuerdo a la fuerza aplicada.

Choque

Los Ensayos dinámicos de choque se realizan generalmente en maquinas denominadas péndulos o martillo pendular, en las que se verifica el comportamiento de los materiales al ser golpeados por una masa conocida a la que se deja caer desde una altura determinada, realizándose la experiencia en la mayoría de los casos, de dos maneras distintas el método Izod y el método charpy. En el método Izod la probeta queda en voladizo y en posición vertical, siendo asegurada por la mesa de apoyo de modo tal que la entalladura quede en el plano de las mordazas.
Cuanta mayor sea la fragilidad del material y menor su tenacidad más fácilmente romperá el péndulo la probeta y mayor altura alcanzará tras el impacto. Materiales muy dúctiles y tenaces que son capaces de absorber grandes cantidades de energía de impacto pueden incluso resistir el choque sin llegar a romperse; en este caso el valor de la resilencia queda sin determinar.

El ensayo destructivo, como muestra la figura, consiste en romper una probeta entallada golpeándola con un péndulo.

El grafico se toma en cuenta la altura desde la que se largo el objeto, el peso del péndulo, el radio de la circunferencia dibujada por el péndulo el ángulo dibujado desde que se lanza hasta que golpea el objeto y el ángulo que se dibuja desde que se golpea el objeto hasta que se frena completamente y la altura alcanzada cuando se frena. Esos son los factores que se toman en cuenta para el cálculo de la tenacidad.
Este método utiliza probetas ensayadas (estado triaxial de tensiones).Las probetas se colocan simplemente apoyadas sobre la mesa de máquina y en forma tal que la entalladura se encuentra del lado opuesto al que va a recibir el impacto. Las dimensiones de las probetas están representadas en la siguiente figura.

Este es un ensayo dinámico debido a que la carga no es de aplicación lenta y progresiva, todo lo contrario es la aplicación de la totalidad de las fuerzas en un instante.
Dependiendo del ensayo se obtienen diferentes gráficos el método Izod tiene uno, el charly otro. Se toma en cuenta la energía en el eje de las ordenadas y, dependiendo del ensayo, la temperatura (Izod). Del ensayo Charly no pude encontrar imágenes disponibles.

Flexión y Plegado

FLEXION
El esfuerzo de flexión se obtiene cuando se aplican a un cuerpo fuerzas pares perpendiculares a su eje longitudinal con el fin de provocar un giro de las secciones transversales.

En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se superpone a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes por lo que será tanto menor su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos.
Ya hemos dicho que el ensayo de flexión en metales frágiles y muy especialmente en las fundiciones en las que, si bien no resulta el que define mejor sus propiedades mecánicas, se justifica teniendo en cuenta que las mismas se encuentran sometidas, en muchos de sus usos, a esfuerzos similares. El valor de las flechas en los ensayos de verificación, suele ser un requisito a satisfacer indicándose, de acuerdo al empleo del material una flecha máxima o mínima según que se desee su comportamiento como flexible o frágil.

Las probetas de flexión están hechas fundamentalmente de metales frágiles como por ejemplo fundiciones en medidas normalizadas.
El grafico de flexión demuestra un pequeño periodo elástico y un gran periodo de grandes deformaciones, al igual q el ensayo de compresión este puede detenerse en caso de que no tenga ningún caso continuar con el mismo, esto ocurre en materiales muy dúctiles.

PLEGADO
Es un ensayo tecnológico derivado de la flexión se realiza para determinar la ductilidad de los materiales, se realiza en materiales dúctiles. Probetas ensayadas al plegado.

De este ensayo se reconocen 2 tipos:
Plegado con calza: Es un ensayo donde se interpone una paralela entre las caras interiores de la probeta cuando es plegada quedando los laterales de los mismos paralelos entre sí.
Plegado a fondo: En este tipo de solicitación los extremos se tocan y la superficie plegada es sometida a un esfuerzo mayor.

Compresión

Es poco común aplicar este ensayo a metales, pero la aplicación es muy parecida a la del ensayo de tracción. Solo que las fuerza pares de igual intensidad y de sentido contrario se aplican de manera de dar un abarrilamiento o acortamiento del material. La única diferencia es que este ensayo se puede detener debido a que no tendría ninguna diferencia el continuar el ensayo con la detención del mismo, esto ocurre en materiales que son muy dúctiles.

En los ensayos de compresión la forma de la probeta tiene gran influencia por lo que son de dimensiones normalizadas.
El rozamiento con los platos de la maquina hace aparecer, un estado de tensión compuesta que aumenta la resistencia del material, la influencia de estas tensiones va disminuyendo hacia la sección media de la probeta, razón por la cual se obtiene mejores condiciones de compresión simple cuando están se presenta con forma prismáticas o cilíndricas de mayores alturas, las que se limitan, para evitar el efecto del flexionamiento lateral debido al pandeo.
Es un ensayo estático al igual que el ensayo de tracción, las tensiones se aplican de manera lenta y progresiva.

En el grafico de compresión se puede apreciar que a diferencia del ensayo de tracción esté no posee periodo de fluencia posee un periodo de elasticidad más grande y un periodo de grande deformaciones más pequeños.

Tracción

Tracción es cuando un cuerpo se le aplica fuerzas pares, iguales y de sentido contrario, de manera lenta y progresiva, en sus extremos con el fin de producir un alargamiento. Este ensayo se caracteriza por ser el que mejor muestra las propiedades de los metales dando sus valores de resistencia y deformabilidad.

Permite obtener: el límite de elasticidad, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a esos valores se fijan los de las tensiones admisibles y mediante el empleo de algunos medios se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones: fatiga, dureza, etc. Maquina de ensayo universal, funciona tanto para compresión como para tracción.

Las probetas del ensayo de tracción está normalizada: Como muestra la siguiente imagen.

Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas. Las calibradas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en la máquina de ensayo.

Es un ensayo estático, debido a que la carga que se le aplica a la probeta se realiza de manera lenta y progresiva porque si se aplicara de una forma dinámica podría provocar la rotura inmediata del material sin lograr obtener ningún tipo de propiedad.

El grafico muestra diferentes puntos los cuales determinan las zonas o momentos a los que se ve sometido el material durante el ensayo, desde el punto 0 hasta A es el periodo de proporcionalidad elástico, de B hasta C es el periodo de fluencia en el cual se vence la cohesión del material, de C hasta D es el periodo de grandes deformaciones o periodo plástico, a pequeñas cargas grandes deformaciones; y de D hasta E es la zona donde se muestra que el material cedió y se rompió.